一、分子及其热运动课程导入

第一节《分子及其热运动》教学设计

Ⅰ、教学目标

授课人：张绪勇

知识目标：

1.知道物体是由大量分子组成的及分子的大小．

2.能够用单分子油膜法估算出油酸分子的大小．

3.知道阿伏加德罗常数，会用这个常数进行相关的计算或估算。

4．了解扩散现象是由于分子的热运动产生的。

5．知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因。

能力目标：

1．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。

2．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。

3．通过对布朗运动的观察，发现其特征，分析概括出布朗运动的原因；培养学生概括、分析能力和推理判断能力。

4.从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析，使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。

Ⅱ、教学重点：

1.知道分子的球形模型和分子直径的数量级；知道阿伏伽德罗常数的物理意义、数值和单位。

2．通过实验知道什么是扩散现象和布朗运动，理解布朗运动产生的原因。

3. 知道什么是热运动以及决定热运动激烈程度的因素。

Ⅲ、教学难点：

1．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。

2．学生观察到的布朗运动不是分子运动，但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。这是课堂上的难点。这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。

Ⅳ、教学过程

[导入]

[利用多媒体，逐张播放图片]从宏观到微观，人的头发丝的直径大约是60～80 μm；一个细胞的长度大约在10 μm；光学显微镜分辨力的极限是0.2 μm，比光学显微镜放大倍数高1 000 倍的电子显微镜下的发丝在这个尺度下，我们可以数清楚分子或原子的个数。

[提议学生想象] 一张光盘、一片陶瓷或一块布片不断放大的情景

[展示图片] 扫瞄隧道显微镜下的铝合金易拉罐表面原子的图像

[总结][板书] 物体是由大量分子所组成的

1

[过渡]上面分析知道：分子的体积是极其微小的,用肉眼和光学显微镜都不能看到;放大到几十亿倍的扫描隧道显微镜才能看到。既然分子小得看不见，那怎样能知道分子的大小呢？怎样测量呢？

一、用油膜法估测分子的大小

（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。

将一滴体积已知的小油滴, 滴在水面上, 在重力作用下尽可能的散开形成一层极薄的油膜, 此时油膜可看成单分子油膜,油膜的厚度看成是油酸分子的直径, 所以只要再测定出这层油膜的面积, 就可求出油分子直径的大小. [介绍演示]如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。

当然，这个实验要做些简化处理：(1)把分子看成一个个小球;(2)油分子一个紧挨一个整齐排列; (3)认为油膜厚度等于分子直径. [提问]已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？

[学生回答]d=V/S

[FLASH课件模拟演示] 油膜法测分子直径

[在此基础上，进一步指出]

①介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级，那么1×10-10m和9×10-10m，数量级都是10-10m。

②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V/S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。

（2）利用扫描隧道显微镜测定分子的直径。

（3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。

（4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。

二、阿伏伽德罗常数

[向学生提问]在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA2

表示此常数，NA=6.02×1023个/mol，粗略计算可用NA=6×1023个/mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。）

[再问学生]摩尔质量、摩尔体积的意义。

[例题分析] 下列叙述中正确的是：

（1）1cm3的氧气中所含有的氧分子数为6.02×1023个

（2）1克氧气中所含有的氧分子数为6×1023个；

（3）1升氧气中含氧分子数是6×1023个；

（4）1摩氧气中所含有的氧分子数是6×1023

3．微观物理量的估算

若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。

[例题分析] 水的分子量18，水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023个/ mol，则：

（1）水的摩尔质量M=__________（2）水的摩尔体积V=__________ （3）一个水分子的质量m0 =_____________（4）一个水分子的体积V0 =_____________ （5）将水分子看作球体，分子直径d=_______________ （6）10g水中含有的分子数目N=___________________ [归纳总结]

以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。

阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数。现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023/mol。

三、分子的热运动

1、扩散现象与分子运动

（1）将盛有二氧化氮的集气瓶与另一集气瓶竖直方向对口接触

,看到二氧化氮气体从下面的瓶子慢慢扩展到上面瓶内。

（2）在一烧杯的水中，滴入几滴红墨水后，红墨水在水中逐渐扩展。

【问】这两个实验属于什么物理现象？它说明了什么？

【问】举例说明在固体之间也会存在扩散现象。

【问】扩散的快慢与什么因素有关？

演示实验：同时将红墨水分别滴入冷水和热水中，学生观察扩散的快慢。

现象：扩散的快慢与温度有关，

温度

高，扩散现象加快，说明分子运动更加

剧烈

。

（3）扩散现象是否明显的影响因素总结

a、物质处于固态、液态、气态时均能发生扩散现象，只是短时间内，气态物质扩散现象最显著，固态物质的扩散现象非常不明显。

b、在两种物质状态一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。

c、扩散现象发生的明显程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当浓度较低时，扩散现象较为显著。

3

(4)扩散现象的成因分析

扩散现象不是外界作用引起的，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观反映。

思考与讨论1：

暮春时节，金黄的油菜花铺满了原野，微风拂过，飘来阵阵的花香。为什么离很远人们就能够闻到这沁人心脾的香味呢？

思考与讨论2：

“近朱者赤，近墨者黑”，这个成语比喻接近好人使人变好，接近坏人使人变坏.其实这也是一种自然现象，跟朱砂靠近，时间长了就会染上红色，跟黑色的墨靠近，时间长了，就会被染黑.如何解释这种现象呢？

思考与讨论3：

为什么热菜的香味容易闻到,而凉菜的香味儿不容易闻到?

2、布朗运动

1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现花粉颗粒在水中不停地在做无规则运动，后来就把

悬浮微粒的无规则运动

叫做布朗运动。

阅读实验，思考：

“小碳粒”是不是分子？

“位置连线”是路程还是位移？

时间间隔延长，折线更复杂还是更简单？

布朗运动的原因

（1）布朗运动并不是外界因素影响而产生

（2）布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒受到各个方向的液体分子的撞击造成的。在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到液体分子的撞击作用强，它就沿这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它就沿另一方向运动。所以布朗运动并不是颗粒中分子的运动，而是悬浮在液体中的

微粒被液体分子

的无规则撞击而产生的无规则运动，布朗运动的无规则性间接地反映了液体分子的无规则运动。

（3）为什么悬浮颗粒越小，布朗运动越明显？

a. 颗粒越小，在某一瞬间与它撞击的分子数越少，

撞击作用的不平衡性表现越明显

，因此，布朗运动越明显。

b.颗粒越大，在某一瞬间与它撞击的分子数越多，撞击作用的不平衡性表现得

不明显

，因此，布朗运动越不明显，甚至观察不到。

（4）布朗运动随着温度的升高而更加激烈

温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也更频繁，造成布朗运动越激烈。而扩散现象也是温度越高，扩散进行得越快，这两种现象都是分子无规则4

运动的反映。这说明

分子的无规则运动与温度有关

。所以，通常把分子的无规则运动叫做热运动。

思考与讨论4：

大风天气里常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这种情况下空气中的微粒所做的运动是布朗运动吗？

[后思考] 冬天，一缕阳光射入教室内，我们看到教室内尘埃上下流动是布朗运动吗？将布朗运动的装置由实验室移到运动的电梯内，小颗粒的运动是否更明显？

3．布朗运动和热运动的比较

布朗运动

运动对象是固体颗粒，颗粒越小，布朗运动越明显

热运动

区别

运动对象是分子，任何物体的分子都做无规则运动

相同点

联系

(1)无规则运动

(2)永不停息

(3)与温度有关

周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动是热运动的宏观表现

板书设计

一、用油膜法估测分子的大小

1、实验原理：

理想化：认为油酸薄膜是由单层油酸分子组成的。

模型化：把油酸分子简化成球形。

估

算：油膜的厚度就等于油酸分子的

直径，即d

V/S 。

2、分子的大小

-10分子直径数量级约在10m

二、阿伏伽德罗常数

1．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数.通常可取NA=6.02×1023mol-1 2. 阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁. 三、分子的热运动

1.扩散现象

物理学中由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象称为扩散现象. 2.布朗运动

(1)定义：悬浮在液体或气体中的微粒的不停的无规则运动.它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的. 5

(2)产生的原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的. (3)微粒越小，温度越高，布朗运动越激烈. (4)悬浮微粒的无规则运动不是分子的运动，但是它间接地反映了液体或气体分子的无规则运动. 3.热运动

(1)定义：物理学中把物体内部大量分子的无规则运动称为热运动. (2)宏观表现：布朗运动和扩散现象. (3)特点

a.永不停息；b.运动无规则；c.温度越高，分子的热运动越激烈.

教学反思

分子及其热运动比较抽象，本节课通过多媒体图片引入激发了学生学习的兴趣，对“物体是由大量分子组成的”这一知识，是从组成物体分子数目的“大量”和分子的“微小”两个角度来说的。通过阿伏伽德罗常数的计算，使学生体会到分子数的“巨大”。通过用油膜法估测分子的直径，利用宏观量的测定求出微观量分子的大小，并进一步体会每个分子的“微小”。

“分子永不停息地做无规则的热运动”是分子动理论的核心内容。本节通过生活中的一些实例和实验来说明这一问题，并通过类比的方法，让学生理解分子运动的特点、掌握分子动理论的内容。由于本节课通过大量的实验情景，使学生对分子运动有了很深刻的认识，为后面研究物体内能及其有关知识做好铺垫。整个教学活动重点突出学生为主体，同时培养学生分析和解决问题的能力，掌握物理学中研究问题的方法。

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